故宫经百次地震不倒,良好的抗震性能基础是什么?

我要发布     发布日期:2019-04-09 12:17:44  来源:网络  作者:周乾
核心提示:紫禁城古建筑群建造于明永乐十八年(1420)。近600百年来,它们历经了200多次地震而基本无恙,体现了良好的抗震性能,亦为古代工匠智慧的反映。

  紫禁城古建筑群建造于明永乐十八年(1420)。近600百年来,它们历经了200多次地震而基本无恙,体现了良好的抗震性能,亦为古代工匠智慧的反映。紫禁城古建筑的智慧体现的一个重要方面,就是合理有效的基础做法。下面古建中国对紫禁城古建筑的做法进行简要解读。


紫禁城


  一、一块玉基础


  “一块玉”基础是指基础做法为一个整体,专业上称为“满堂红”基础。这种基础的做法特征为:原有地基被全部挖去,然后重新由人工回填基础。人工回填土的具体做法为:一层三七灰土、一层碎砖,反复交替。如图1所示造办处南侧遗址基础,基础深度2.2米,最上面是厚0.8米的杂填土,接下来是三七灰土层(每层约0.12米厚)与碎砖层(每层约0.1米厚)交错分布,共露出7层。当人工处理的灰土与碎砖层由地面向下延伸到2.4米左右时,下部即为原始土层,即未受扰动的土层。以下是三点说明。


  其一,为什么紫禁城古建筑所有的基础都是人工处理的“满堂红”基础,而不是利用原始土层的基础呢?其实这与中国古代朝代更迭密切相关。我们知道,现存紫禁城是明朝永乐皇帝朱棣建造的。他建造的紫禁城,是在元朝紫禁城的基础上建立的。也就是说,在明朝之前,紫禁城这个位置是元朝皇宫所在地。在中国古代有一个不成文的规定,就是任何一个朝代取代前朝时,都会灭前朝的“王气”,其做法之一,就是把前朝的建筑从底到顶都给毁了,包括基础,尔后从头再来盖自己的宫殿。因此,明朝建立紫禁城时,把元朝所有的建筑连根毁掉,这样一来,明紫禁城的基础都得重新再做一遍,这就是紫禁城古建筑基础为“满堂红”做法的主要原因。


  其二,古建基础的黄土中掺入(生)石灰的意义。紫禁城古建筑的基础一般为三七灰土基础。三七灰土是一种以生石灰、粘土按3:7的质量比例配制而成具有较高强度的的建筑材料,在我国有悠久历史。比如南北朝公元6世纪时,南京西善桥的南朝大墓封门前地面即是灰土夯成的。这种灰土基础的优点在于,生石灰遇水生成熟石灰,强度增大,也就是说,这种基础的吸水性很强,有利于在潮湿的环境中使用。灰土基础本身的粘结强度比较高,适合于承受上部建筑传来的重量,而不会产生土体松散。另石灰是一种易于获得的建筑材料,我国在公元前7世纪开始使用石灰。《本草图经》有:“石灰,今所在近山处皆有之,此烧青石为灰也。又名石锻,有两种:风化、水化。”由此可知,生石灰取材方便,加工加单,使用效果好,因而在古建筑基础中大量使用。


  其三,为什么紫禁城古建筑的基础不是全部做灰土分层,而非得要“一层灰土、一层碎砖交替”呢?其实这反映了古代工匠的智慧。我们知道,基础做的均匀,那么就可以避免建筑物不均匀的下沉。但灰土材料一般比较松软,其柔性强就意味着硬度低。当上部建筑的重量较大时,尽管建筑在自重作用下会均匀下沉,但下沉量过大会影响建筑的有效使用。相比而言,碎砖的硬度远大于灰土,且大部分属于烧窑或砌墙用的残余料。当它们过筛子后尺寸相近,用于代替完全的灰土层,做成“一层灰土一层碎砖”的形式,不仅有效使用了建筑材料,而且减小了古建筑的沉降量。


故宫


  二、“糯米”基础


  故宫古建基础中是否含有糯米成分?日本学者武田寿一的著作《建筑物隔震、防震与控振》中有这么一段关于故宫古建筑基础成分的描述:“1975年开始的三年中,在建造设备管道工程时,以紫禁城中心向下约5-6米的地方挖出一种稍粘有气味的物质。研究结果表明似乎是‘煮过的糯米和石灰的混合物’。主要的建筑全部在百色大理石的高台上建造,其下部则为柔软的有阻尼的糯米层。”刘大可先生在《明、清古建筑土作技术(二》(见《古建园林技术》1988年第1期)认为,古建基础中有灌江米汁(糯米浆)的做法。这是将煮好的糯米汁掺上水和白矾以后,泼洒在打好的灰土上。江米和白矾的用量为:每平方丈(10.24平方米)用江米225克,白矾18.75克。而清代官方对小夯灰土的做法有这样的描述:“第二步须在此步上趁湿打流星拐眼一次,泼江米汁(糯米汁)一层。水先七成为好掺江米汁,再洒水三成,为之催江米汁下行,再上虚,为之第二步土,其打法同前”(见王其亨:《清代陵寝建筑工程小夯灰土做法》,《故宫博物院院刊》1993年第2期)。此外,张秉坚等学者对西安明代城墙灰浆进行了试验,证明了其中含有糯米成分。尽管西安城墙与故宫古建筑基础无直接联系,但其施工工艺均为古建传统做法。以上充分说明:故宫古建基础中含有糯米成分是可信的。


  紫禁城古建筑基础中掺入糯米是有利于基础的防震的。糯米具有很好的粘性,掺入灰土基础中,可使得基础有很好的整体性和柔韧性,类似于硬度较高的均匀面糊团。地震发生时,基础产生整体均匀变形,延长建筑的晃动周期,错开地震波的峰值,减小了基础及上部建筑的破坏。糯米基础抵抗地震的这种方式,我们称为“隔震”。


紫禁城


  三、地下水的处理


  对于有淤泥层或地下水的地基层,古人则考虑在填土层之下埋设木桩。木桩可穿透淤泥层,并使得桩尖抵达坚硬的岩石层,木桩之上再为分层夯土。这样一来,就可以避免基础的不均匀沉降。如慈宁花园东侧遗址的基础,其由上到下的分层做法特点为:灰土层与碎砖层交替向下延伸(即一层灰土一层碎砖),每层各厚0.1米,共分18层;尔后为0.16米厚青石板一层;再往下分别为水平桩和竖桩。在这里,竖桩支撑青石板传来的上部重量并将该重量传给坚硬的岩石层,青石板则为上部分层夯土提供一个支撑平台。另木桩表面刷有桐油(桐籽熬成的油),在水中可起到防腐作用。


 

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